Как собрать станцию контроля качества воздуха и подключить её к Sensor.Community

Вы переживаете из‑за качества воздуха в своём районе? Соберите собственную станцию. Она недорогая, собирается из стандартных комплектующих и пары датчиков для измерения взвешенных частиц, температуры, давления и относительной влажности.

Вы также можете загружать данные в проект гражданской науки Sensor.Community и делиться показаниями с тысячами участников. В этом руководстве подробно описано, какие компоненты нужны, как прошить плату, подключить датчики, упаковать устройство для улицы, зарегистрировать его и проверить данные.

1. Компоненты и материалы

Для базовой станции вам понадобятся обычные электронные и расходные детали.

Что потребуется:

• NodeMCU v3 или v2 (микроконтроллер на базе ESP8266)
• Датчик пыли SDS011 (измеряет PM2.5 и PM10)
• Датчик BME280 (температура, давление, влажность) — 6‑контактный модуль
• 8 шт. проводов female‑to‑female (перемычки)
• Блок питания 5V 2A и кабель USB → micro‑USB
• 2 шт. пластиковых отводов (downpipe bends) для корпуса
• Липкий пластилин или фиксирующие ленты
• Стяжки (кабельные хомуты)
• Лента (скотч, лучше алюминиевый/армированный для наружных швов)
• Гибкая пластиковая трубка (внутренний диаметр ~6 мм)

Примечание: это стандартная сборка. Sensor.Community поддерживает и другие модули и датчики — например PMS7003, Plantower, другие платы ESP и датчики температуры/влажности.

Важно: провода, разъёмы и питание должны быть безопасны для уличного монтажа (защищены от воды и механических повреждений).

2. Установка драйвера для NodeMCU

Подключите плату NodeMCU к компьютеру через USB. На Linux обычно драйвер не нужен. На Windows и macOS может потребоваться установка драйвера.

Windows:

• NodeMCU v2: драйвер CP210x (версии для Windows 10 и для Windows 7/8/8.1 32‑бит). Откройте папку CP210x и запустите CP210xVCPInstaller_x64.exe или x86.

• NodeMCU v3 (CH340/CH341): откройте папку CH341SER и запустите SETUP.

Mac:

• NodeMCU v2: распакуйте папку CP210x и запустите CP210xVCPInstaller_x64; затем перезагрузите Mac.
• NodeMCU v3: распакуйте папку CH341SER и запустите SETUP; затем перезагрузите Mac.

Совет: после установки драйвера убедитесь, что система видит COM‑порт (Windows: Диспетчер устройств → Порты; macOS/Linux: /dev/tty.SLAB_USBtoUART или /dev/ttyUSB0).

3. Прошивка (flash) прошивки Airrohr

Скачайте инструмент для прошивки Airrohr для вашей ОС. Запустите его, в поле выбора прошивки выберите latest_en.bin (или другую языковую версию) и нажмите Upload.

Если приложение показывает «No boards found», в выпадающем списке Board выберите вариант с usbserial или соответствующий COM‑порт.

После успешной прошивки устройство перезагрузится и начнёт работать в режиме точки доступа для начальной настройки.

Важно: не отключайте питание во время прошивки. Если прошивка прерывается, повторите процесс и используйте другой кабель или другой USB‑порт.

4. Подключение датчиков к NodeMCU

Если на модуле BME280 нет штекеров, припаяйте выводы. Подключение описано для NodeMCU v3.

Подключите BME280 к NodeMCU:

Подключите SDS011 к NodeMCU:

После подключения запитайте плату. В интерфейсе прошивки можно увидеть текущие данные с датчиков.

Совет: если датчик SDS011 шумит при старте или даёт нулевые значения — дайте ему прогреться 1–2 минуты.

5. Конфигурация станции и подключение к Wi‑Fi

При первом включении станция создаёт точку доступа с именем airRohr (или Particulate Matter / Feinstaubsensor) и ID микросхемы (например, 12980979). Запишите этот ID — он понадобится при регистрации.

1. Подключитесь к точке доступа станции с компьютера или смартфона.
2. Откройте браузер и перейдите на http://192.168.4.1 — откроется веб‑панель управления.
3. Перейдите в Configuration → WiFi Settings, выберите вашу сеть и введите пароль.
4. Нажмите Сохранить конфигурацию и перезагрузить. После перезагрузки станция подключится к вашей сети.

Чтобы узнать IP‑адрес станции, откройте список подключённых устройств в роутере и найдите устройство с именем Airrohr‑.

Дальше в Configuration → Sensors отметьте используемые датчики и снова сохраните настройки.

Откройте вкладку Current data, чтобы убедиться, что датчики читают значения. Первые реальные показания могут появиться через несколько минут.

Важно: если сеть скрыта или использует 802.1X/Enterprise‑аутентификацию, напрямую подключить станцию будет сложнее. В таком случае используйте отдельную точку доступа или Wi‑Fi репитер с простой аутентификацией.

6. Регистрация устройства в Sensor.Community

Чтобы отправлять данные на карту Sensor.Community, зарегистрируйте станцию:

1. Перейдите на страницу входа устройств (devices login) и создайте аккаунт.
2. Войдите и откройте My sensors → Register new sensor.
3. В поле Sensor ID введите chip ID, который вы записали ранее.
4. В разделе Sensor Board выберите esp8266.
5. Заполните Basic и Additional Information. В Hardware Configuration укажите SDS011 и BME280.
6. Укажите расположение станции на карте и нажмите Save settings.

Через пару минут станция начнёт отправлять данные. На странице My sensors нажмите Data, чтобы просмотреть графики. Также можно отобразить станцию на карте.

Примечание о приватности: данные станции на карте доступны публично. Если вы не хотите публиковать точную локацию, указывайте приблизительную позицию.

7. Корпус и защита от погодных условий

Для уличной установки удобно использовать два взаимозащёлкивающихся пластиковых отвода водосточной трубы (downpipe bends).

Инструкция по корпусу:

1. Поместите электронику в один отвод. Если трубка позволяет, установите SDS011 глубже и подключите гибкую трубку к его металлическому входу для воздуха.
2. Протяните трубку до конца отводa и поместите BME280 ближе к открытому концу для точных показаний температуры/влажности.
3. NodeMCU разместите ближе к стыку с второй секцией, пропустите USB‑кабель через конец трубки.
4. Зафиксируйте компоненты липким пластилином или лентами. Убедитесь, что SDS011 не зафиксирован так, чтобы блокировать поток воздуха.
5. После проверки работы обмотайте место стыка лентой для герметизации. На концы поставьте мелкую сетку против насекомых.

Важно: не полностью герметизируйте концы — датчик пыли должен получать свободный поток воздуха через вырезы/трубку. Герметизация должна защищать от дождя и прямых струй воды.

8. Крепление на улице и питание

Рекомендуем монтировать станцию на высоте 1,5–3,5 м над землёй в хорошо вентилируемом месте, не под прямым воздействием выхлопов автомобилей или печных труб. Мы закрепили станцию под желобом крыши, использовав три стяжки.

Питание:

• Используйте длинный USB‑кабель с надлежащей толщиной проводов (подходит для передачи 5V). Чем длиннее кабель, тем хуже качество питания — учитывайте падение напряжения.
• Если сигнал Wi‑Fi слабый, установите репитер ближе к станции.
• Для автономной работы можно использовать внешний аккумулятор с питанием 5V, но учтите время работы и защиту от влаги.

Безопасность: избегайте прокладки кабеля так, чтобы он постоянно натягивался или подвергался механическому воздействию.

9. Просмотр данных и интерпретация

На карте Sensor.Community можно открыть вашу станцию, посмотреть текущие значения и графики за последние 24 часа и скользящую неделю.

Параметры:

• PM2.5 — мелкие частицы диаметром ≤ 2.5 μm. Важны для здоровья дыхательной системы.
• PM10 — более крупные частицы до 10 μm.
• Температура, давление, относительная влажность — полезны для контекстуализации показаний пылевого датчика.

Интерпретация показаний: датчики гражданского уровня дают полезные сравнительные данные, но их абсолютные числа могут отличаться от лабораторных приборов. Используйте тренды и сравнение со станциями поблизости.

Советы по калибровке и проверке качества данных

• Дайте SDS011 прогреваться 10–30 минут перед критичными измерениями.
• Сравните ваши показания с ближайшими эталонными станциями (если доступны) и оцените смещение.
• Если нужны точные абсолютные значения, рассмотрите калибровку с использованием калибровочной станции или коррекцию по температуре/влажности.
• Периодически проверяйте чистоту входа воздуха — пыль и паутина снижают проходимость воздуха.

Важно: некоторые методы коррекции требуют статистического анализа и учёта местных условий. Начните с простых сдвигов и проверок.

Техническое обслуживание и проверка работоспособности

• Проверка питания: убедитесь, что питание стабильно и нет пропаданий сети.
• Перезагрузка устройства раз в несколько месяцев помогает избежать накопления ошибок.
• Осмотр корпуса: убедитесь, что сетка от насекомых чиста и трубки не засорены.
• Обновление прошивки: проверяйте релизы на GitHub Airrohr и прошивайте обновления при необходимости.

Критерии приёмки

• Устройство появляется в локальной сети и отвечает по IP.
• В веб‑интерфейсе отображаются данные с SDS011 и BME280.
• Данные отправляются на Sensor.Community и показываются на карте.

Отладка: частые проблемы и решения

Проблема: no boards found при прошивке Решения:

• Проверьте кабель USB на передачу данных (не все кабели поддерживают данные).
• Установите правильный драйвер (CP210x или CH341).
• Попробуйте другой USB‑порт и/или другой компьютер.

Проблема: нет данных с SDS011 Решения:

• Проверьте питание 5V к SDS011 (подаётся ли VU на плате).
• Перепроверьте TX/RX соединения (TX датчика → RX плате и наоборот).
• Дайте датчику прогреться.

Проблема: станция не подключается к Wi‑Fi Решения:

• Проверьте правильность введённого пароля и тип безопасности сети.
• Убедитесь, что сеть использует 2.4 GHz (ESP8266 обычно не работает с 5 GHz).
• Перезагрузите роутер и станцию.

Проблема: низкий уровень сигнала Wi‑Fi Решения:

• Переместите репитер ближе к станции.
• Используйте внешнюю антенну (если плата поддерживает) или другой микроконтроллер с лучшим приёмом.

Альтернативные подходы и совместимость

Если вы хотите другую аппаратную платформу или датчики, рассмотрите следующие варианты:

• Платы: ESP32 (лучше Wi‑Fi и Bluetooth, больше ресурсов), Raspberry Pi (более мощный, но энергозатратный).
• Датчики пыли: PMS5003, Plantower — имеют свои особенности по мощности и формату данных.
• Питание: солнечная панель + контроллер заряда для автономной работы.

Миграция между прошивками: при переходе на другую прошивку сохраняйте конфигурационные файлы и ID устройства; обновление прошивки может сбросить настройки.

Материалы качества и безопасность

• Используйте влагозащёщённые кабели и разъёмы.
• При монтаже на крыше или желобе убедитесь, что конструкция выдержит ветер и не повредит водосток.
• Размещайте устройство в местах, где его не смогут легко повредить люди или животные.

Конфиденциальность и соответствие требованиям

Данные, отправляемые на Sensor.Community, доступны публично на карте. Если вы беспокоитесь о приватности, указывайте приблизительную локацию, а не точные координаты. Если вы собираете дополнительные персональные данные — убедитесь в соблюдении местных требований по защите данных.

Примечание о GDPR: сам по себе датчик фиксирует только показатели воздуха. Если вы добавляете метаданные с персональными данными, проверьте правила хранения и согласие пользователей.

Мини‑руководство по приёмке и тестированию (SOP)

1. Собирать устройство в сухом, чистом помещении.
2. Проверить пайку и соединения на целостность.
3. Подключить к компьютеру и прошить Airrohr.
4. Настроить Wi‑Fi и убедиться в доступности по IP.
5. Зарегистрировать устройство на Sensor.Community.
6. Установить в корпус, разместить на месте и подключить питание.
7. Соблюдать журнал технического обслуживания (дата, действия, замечания).

Шаблон для журнала техобслуживания:

Чек‑лист перед установкой

• Все провода и разъёмы подключены верно
• Прошивка успешно загружена
• Станция подключена к Wi‑Fi и доступна по IP
• Устройство зарегистрировано в Sensor.Community
• Корпус герметичен, но обеспечивает приток воздуха
• Кабель питания проложен безопасно

Короткий справочник по терминам

• PM2.5: частицы диаметром ≤ 2.5 мкм
• PM10: частицы диаметром ≤ 10 мкм
• NodeMCU: плата на ESP8266 для проектов IoT
• SDS011: оптический датчик концентрации частиц

Когда этот подход не подходит

• Если вам нужны сертифицированные эталонные данные для официальных измерений, бытовые датчики гражданской науки могут быть недостаточно точны.
• В зонах с высокой влажностью или активным пылевым загрязнением может потребоваться частая чистка и более частое обслуживание.

Быстрые советы и эвристики

• Сравнивайте тренды, а не отдельные значения — тренды надёжнее для оценки локальной динамики загрязнения.
• Устанавливайте датчик под навесом, но с открытым притоком воздуха.
• Регулярно проверяйте питание и обновления прошивки.

Диаграмма принятия решения (Mermaid)

flowchart TD
  A[Есть NodeMCU и датчики?] -->|Да| B[Прошить Airrohr]
  A -->|Нет| C[Купить комплект]
  B --> D[Подключить датчики]
  D --> E[Настроить WiFi]
  E --> F[Зарегистрировать на Sensor.Community]
  F --> G[Установить в корпус и смонтировать]
  G --> H[Мониторить данные и обслуживать]

Резюме

Вы научились собирать и настраивать простую станцию контроля качества воздуха на базе NodeMCU, SDS011 и BME280, прошивать её прошивкой Airrohr, регистрировать в Sensor.Community и монтировать для работы на улице. Следуйте чек‑листам и регулярному обслуживанию, и ваша станция прослужит долго, обеспечивая полезные данные о локальном качестве воздуха.

Важные заметки:

• Станции гражданской науки полезны для мониторинга и выявления трендов, но не всегда заменяют профессиональные приборы.
• Оценивайте данные в контексте: погода, местоположение, время суток влияют на показания.

Спасибо за вклад в общую картину качества воздуха. Ваш маленький проект помогает большему числу людей получать представление о локальном состоянии атмосферы.